土壤淋洗设备在铅污染土壤修复工程应用实例

卢 鑫

(上海纺织建筑设计研究院有限公司，上海 200060)

在过去的50年里，全世界范围内进入环境的铅大约有7.83×105t，其中大部分进入了土壤，从而对土壤造成了重金属铅污染[1]。土壤中的铅是相对难溶的，溶解性的铅含量仅占总铅含量的0.01%～1.00%，并且铅的迁移性较低，土壤中铅的半衰期估计为740～5 900 a[2]。随着我国工业产业结构和城市用地结构调整，大量历史遗留工业地块因土壤中含有较高浓度的铅而难以直接开发利用，为满足城市开发用地的需求，如何高效修复铅污染土壤成为迫在眉睫的问题。

土壤淋洗技术是一种利用水或其他淋洗剂，通过螯合、沉淀等物理化学作用使污染物脱离土壤颗粒表面转移至淋洗液混合液中，再对含污染物的混合液进行处理的土壤修复技术[3]。该技术能有效去除土壤中的污染物并实现“减量化”目的，有应用范围广和操作简单等优点[4]。目前，该技术的研究主要集中在淋洗剂的选择以及淋洗工艺参数的优化[5-6]。但是，对于土壤淋洗设备在铅污染土壤地块的应用鲜有报道。

本文以上海市某铅污染地块土壤修复工程为实例，通过地块概况、修复方量及修复目标值、土壤淋洗设备应用和修复效果评估四个方面对本工程实例进行介绍，旨在为土壤淋洗设备在铅污染地块应用提供数据支撑。

1 地块概况

该地块占地面积9 804 m2。现状主要为空地，历史用作农田、住宅、商铺、废旧物资回收站、临时工棚，未来规划作为居住用地和生产防护绿地，分别属于《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018)规定的第一类用地和第二类用地。

根据初步调查和详细调查结果显示，地块内污染区域土壤中铅最高污染浓度为1 580 mg/kg，超过《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)第一类用地筛选值2.95倍。

2 修复方量及修复目标值

2.1 修复方量

基于前期土壤污染状况环境调查和人体健康风险评估结果，对土壤超风险区域进行截弯取直，确定本修复工程土壤污染区域共3块(I区、II区和III区)，污染土壤修复方量为920.0 m3。各污染区域修复方量详见表1，位置示意图详见图1。

图1 各污染区域范围位置示意图

表1 各污染区域修复方量

表2 清挖/修复目标值

2.2 修复目标值

根据前期土壤污染状况环境调查和人体健康风险评估结果，确定本修复工程土壤修复目标污染物为铅。综合分析比较土壤风险控制值和《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600-2018)规定的筛选值和管制值，确定本项目土壤中铅的清挖/修复目标值为400 mg/kg。

3 土壤淋洗设备应用

3.1 工艺流程

土壤淋洗修复主要包括测量放线、土壤清挖及转运、土壤筛分预处理、土壤淋洗修复单元、水处理单元及修复达标土壤回填六大工艺环节。具体工艺流程详见图2。

图2 土壤淋洗修复工艺流程图

(1)测量放线

依据修复方案中修复范围控制点坐标，利用RTK在现场定出各修复区域控制点位置，并在地面钉入钢筋，同时在修复范围边界铺撒石灰粉，采用小彩旗将修复区域围住。

(2)土壤清挖及转运

土壤清挖及转运采用2台300系列挖掘机配合2台短驳车进行施工，1台挖掘机用于清挖污染土壤并将其放入短驳车中，另外1台挖掘机用于将短驳车内污染土壤放入土壤暂存/预处理区中。

(3)土壤筛分预处理

使用1台300系列挖掘机配合ALLU斗对土壤进行预处理，除去土壤中的建筑垃圾等杂质，保证经预处理后的污染土壤粒径小于2 cm。

(4)土壤淋洗修复单元

经过土壤筛分预处理后的污染土壤通过进料斗进入土壤淋洗修复单元，通过加入淋洗剂实现污染物由固相转移至液相。固相即为淋洗修复后土壤，淋洗修复后土壤通过铲车短驳至土壤待检区；淋洗废水进入水处理单元。

(5)水处理单元

进入水处理单元的废水主要有处理后淋洗废水和处理后现场废水。水处理工艺采用化学氧化+絮凝沉淀，经水处理单元处理达标的废水回用作淋洗液或纳管排放。

(6)修复达标土壤回填

基坑效果评估达标且土壤修复效果评估合格的土壤按照“原坑回填、分层回填”的原则进行基坑回填。

(7)三废处置

土壤淋洗修复过程中产生的建筑垃圾经冲洗处理后最终回填至基坑表层；水处理过程中产生的污泥委托第三方有资质单位外运处置；淋洗过程中产生的淋洗废水经水处理单元处理达标后回用作淋洗液或纳管排放。

3.2 平面布置

土壤淋洗修复区内布设的功能区单元主要有：滚筒筛分机、细砂筛分机、加药池、加药单元、淋洗池、沉淀池、板框压滤机、水处理设备、中控室和危废仓库。土壤淋洗修复区平面布置详见图3，各功能区规格尺寸详见表3。

图3 土壤淋洗修复区平面布置图

表3 土壤淋洗修复区内各功能区规格尺寸信息汇总表

3.3 工艺参数

(1)滚筒筛分机和细砂筛分机

采用200系列挖掘机进料，每斗进料时间间隔为3 min，每斗方量约为0.8 m3，采用连续进料方式。通过调节变频电机功率，保证抽水泵每小时进水量为95.1 m3，以此保证土水比为 1∶3(kg/L)。

(2)加药池

本项目淋洗剂采用柠檬酸，淋洗剂添加比例为10 mmol/L。

(3)淋洗池

本项目配置了两个淋洗池，容积总量约为121.2 m3。淋洗池内均配备搅拌装置，保证土壤与淋洗剂充分反应。其中第一个淋洗池为下进上出型，第二个淋洗池为上进下出型。

(4)沉淀池

沉淀池容积约为76.9 m3，主要作用为暂存泥浆并为板框压滤机提供泥浆。

(5)板框压滤机

本项目配备2个板框压滤机，每批次板框压滤时间约为1.5 h，每批次板框压滤机出泥量为6 m3左右。

4 修复效果评估

效果评估单位在修复工程实施期间及完成后，针对现场土壤、现场废水及地下水等环境介质开展了效果评估采样与监测工作。共采集了基坑土壤样品34个，包括25个坑壁样品(包括1个平行样)，9个坑底样品(包括1个平行样)、修复后土壤样品8个(包括2个平行样)、潜在二次污染区域土壤样品22个(包括2个平行样)、潜在二次污染区域地下水样品22个(包括2个平行样)、废水样品4个(包括2个平行样)。

检测结果表明：基坑土壤中重金属铅含量低于基坑清挖目标值，达到清挖效果；淋洗废水和现场废水相关指标检出值低于上海市《污水综合排放标准》(DB 31/199-2018)相关标准限值和《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962-2015)B级标准限值，满足纳管排放标准；经土壤淋洗修复后，污染土壤中重金属铅含量低于修复目标值，达到修复效果；地块内潜在二次污染区域效果评估土壤和地下水关注污染物检测浓度均低于评估标准值，表明修复施工过程未对地块内污染区域以外的土壤和地下水造成二次污染。

5 结 论

本项目土壤淋洗设备包括滚筒筛分机、细砂筛分机、加药池、加药单元、淋洗池、沉淀池、板框压滤机、水处理设备和中控室。对于最高浓度为1 580 mg/kg的铅污染土壤在柠檬酸浓度为10 mmol/L、固液比为1∶3(kg/L)、淋洗时间为2 h条件下，通过本套设备能够实现目标污染物的有效去除。

但是，目前土壤淋洗设备的运行参数主要通过中试试验调整和确定且在实际修复过程中保持不变，但在实际修复过程中淋洗设备运行环境与中试试验淋洗设备运行环境存在差异，为保证土壤淋洗修复效果，建议土壤淋洗设备增加对各模块单元运行参数进行实时监测和调整的功能。